Niezawodne zarządzanie zasilaniem w systemach bezpieczeństwa, zabezpieczeń i komunikacji

Na swoim podstawowym poziomie instalacje automatyki w budynkach mieszkalnych, komercyjnych i przemysłowych muszą obejmować szeroką gamę systemów bezpieczeństwa oraz komunikacji na wypadek sytuacji awaryjnych, zgodnych z wymogami firm ubezpieczeniowych i lokalnymi przepisami budowlanymi, co jest także wymogiem, aby otrzymać pozwolenie na użytkowanie. Jednym ze wspólnych czynników dla tych systemów jest to, że wszystkie potrzebują zasilania sieciowego prądu zmiennego do wytwarzania prądu stałego o niższym napięciu i wszystkie potrzebują wysoce niezawodnego bateryjnego układu podtrzymania zasilania.

Jednak zapewnienie tylko podstawowego układu zasilania z przetwornicą prądu zmiennego na stały i zasilania awaryjnego nie wystarczy w przypadku nowoczesnych budynków i standardów. Kompleksowy, spełniający przepisy system wymaga różnych jednoznacznych wskazań alarmowych, dostarczanych poprzez zamykanie przełączników w celu zasygnalizowania określonych wewnętrznych i zewnętrznych stanów usterek. Co więcej, jeśli systemy współczesnych inteligentnych budynków mają zaspokoić potrzeby różnych instalacji, typów baterii i innych zmiennych, muszą obsługiwać różne tryby łączności, a także charakteryzować się elastycznością w montażu fizycznym i trybach pracy.

Możliwe jest połączenie w jedną całość wymaganych podsystemów zasilania z przetwornicami prądu zmiennego na stały i przetwornicami prądu stałego, ładowania baterii i zarządzania nią oraz nadzoru nad systemem i zarządzania nim, a także sterowania alarmami. Pozwala to uzyskać rezultat w postaci w pełni zoptymalizowanego projektu rozwiązania. Ale jakim kosztem? Proces ten jest czasochłonny, kosztowny i odwraca uwagę od głównego zastosowania. Projekt wymaga również certyfikacji przez odpowiednie organy regulacyjne, co zwiększa koszty i wydłuża czas projektowania.

Alternatywą jest zastosowanie zintegrowanego uniwersalnego zasilacza, który spełnia podstawowe wymagania w zakresie parametrów działania, a jednocześnie pozwala uniknąć utrudnień związanych z projektowaniem od podstaw.

W niniejszym artykule omówiono wymagania stawiane systemom zasilania automatyki budynków, a następnie przedstawiono zintegrowane rozwiązania zasilania firmy MEAN WELL. W artykule przyjrzymy się cechom i zastosowaniom tych wyrafinowanych, inteligentnych podsystemów zasilania oraz sposobom bezproblemowej integracji funkcjonalnej, a także zapewnienia elastyczności i programowalności parametrów.

Nowe wymagania w dziedzinie zarządzania budynkami i systemów zasilania bezpieczeństwa

Oczekuje się, że podsystem zasilania komercyjnego biura lub dużego budynku mieszkalnego będzie obsługiwać wiele funkcji, w tym funkcje niezbędne do wydajnego działania, a także funkcje wymagane ze względu na bezpieczeństwo i zabezpieczenia. Wśród funkcji wymagających obsługi szyny zasilającej są:

• Systemy i alarmy przeciwpożarowe
• Urządzenia łączności awaryjnej
• Oświetlenie awaryjne (na wypadek pożaru lub przerwy w dostawie prądu)
• Systemy kontroli dostępu do budynku
• Centralny system sygnalizacji pożarowej i monitoringu zabezpieczeń

W zależności od wielkości budynku, podsystem zasilania musi obsługiwać funkcje krytyczne na kilku piętrach i działać dwukierunkowo, przy czym główna linia zasilania prądem zmiennym (lub stałym) powinna ładować baterię, gdy opcja ta jest dostępna, a bateria powinna obsługiwać różnorodne odbiorniki i podsystemy, gdy linia główna nie jest dostępna (ilustracja 1).

Ilustracja 1: Podsystem zasilania w wielu instalacjach musi obsługiwać potrzeby kilku pięter, jednocześnie zarządzając ładowaniem i rozładowywaniem baterii w przypadku awarii zasilania głównego. (Źródło ilustracji: MEAN WELL)

Ważną kwestią jest ładowanie i zarządzanie baterią podtrzymującą, która musi być odpowiednio nadzorowana ze względu na jej krytyczną rolę jako system zasilania awaryjnego (UPS). Nie istnieje jedno najlepsze podejście, ponieważ w powszechnym użyciu występują baterie o różnych pojemnościach i typach, w tym baterie litowe oraz kwasowo-ołowiowe, z których każda ma własne wymagania dotyczące ładowania i rozładowywania.

Co więcej, oprócz konwencjonalnych norm ogólnych dla układów zasilania z przetwornicami prądu zmiennego na stały i prądu stałego, istnieje wiele dodatkowych norm i przepisów budowlanych, które muszą być spełnione. Ze względu na coraz bardziej zaawansowane architektury budynków, wraz z dostrzeżeniem potencjału technologii w inteligentnych budynkach, agencje w Europie, USA i Chinach wdrożyły przepisy bezpieczeństwa dotyczące systemów zabezpieczeń i przeciwpożarowych, m.in.:

• Norma Europejskiego Komitetu Normalizacyjnego (CEN), EN 54-4: systemy wykrywania pożarów i sygnalizacji pożarowej - część 4: urządzenia zasilające (norma brytyjska. BS EN. 54-4).
• Stany Zjednoczone: norma ANSI/CAN/UL UL2524: dla wewnątrzbudynkowych systemów poprawy 2-kierunkowej łączności radiowej.
• Stany Zjednoczone: norma Narodowego Stowarzyszenia Ochrony Przeciwpożarowej NFPA 1221: norma dotycząca instalacji, konserwacji i użytkowania systemów łączności awaryjnej.
• Chiny: GB 17945-2010: oświetlenie awaryjne w razie pożaru i systemy sygnalizacji ewakuacji.

Ponadto istnieją typowe podstawowe wymagania dotyczące bezpieczeństwa zasilania prądem zmiennym, jak i normy emisji elektromagnetycznych (EMC) (przewodzonych, promieniowanych, harmonicznych prądu i migotanie napięcia określone w normach EN55032 (CISPR32) i N61000-3-2, a także normy odporności na zakłócenia elektromagnetyczne (wyładowania elektrostatyczne (ESD), wypromieniowane, szybkie elektryczne stany przejściowe (EFT), przewodzone i pole magnetyczne) zgodnie z normą EN61000-4.

Połączenie wszystkich tych wymagań oznacza, że zasilacz (PSU) jest czymś więcej niż zwykłym źródłem zasilania z przetwornicą prądu zmiennego na stały lub prądu stałego. Musi dostarczać, nadzorować, zarządzać i obsługiwać wiele funkcji o wysokiej niezawodności i parametrach działania (ilustracja 2).

Ilustracja 2: Nowoczesny zasilacz spełnia dwie podstawowe role: dostarcza prąd stały o niższym napięciu do różnych odbiorników i jednocześnie zapewnia wydajne zarządzanie baterią. (Źródło ilustracji: MEAN WELL)

Obudowa i sposób montażu także mają znaczenie

Rozmiar fizyczny, zakres temperatur roboczych, chłodzenie i względy montażowe są również ważnymi cechami zasilacza. Urządzenia te są zwykle zlokalizowane w szafie technicznej, często o ograniczonej przestrzeni i możliwości odprowadzania ciepła. Poza zasilaczem i baterią, w takiej szafie może znajdować się również sprzęt informatyczny i telekomunikacyjny przeznaczony na potrzeby budynku, taki jak przełączniki i routery, dlatego też przestrzeń w niej jest na wagę złota, a wygoda montażu w szafie jest atrakcyjną cechą.